En plus des technologies confirmées et approuvées, présentées dans l’unité 2 du cours, de nombreuses technologies d’assainissement innovatrices sont actuellement en phase de recherche & développement et sont expérimentées sur le terrain. Les technologies émergentes sont celles qui ont dépassé les phases du laboratoire et du déploiement en sites pilotes réduits, et qui sont actuellement (Avril 2014) en cours d’implémentation dans des contextes pertinents (c.-à-d. dans un pays en développement), et à une échelle laissant envisager de potentielles extensions (c.-à-d. ne sont pas des unités uniques).
L’année Internationale de l’Assainissement (AIA) en 2008 a permis de stimuler le secteur de l’assainissement, en améliorant la visibilité, par l’implication de nouveaux acteurs, ainsi que par l’ouverture de nouvelles sources de financement. L’entrée de nouveaux bailleurs de fonds, tels que la fondation Bill & Melinda Gates (www.gatesfoundation.org) et la Société Financière Internationale, via son Programme Eau & Assainissement (www.ifc.org/sellingsanitation), et l’amélioration de la visibilité et de la volonté politique, à l’image de celle exprimée par SM le Roi Willem-Alexander des Pays-Bas, en tant que président du Conseil Consultatif auprès du Secrétaire Général des Nations Unies pour l’Eau et l’assainissement, (UNSGAB), ont permis, durant les dernières années l’amélioration significative de l’innovation et des sources de financement dans le secteur.
Sur le plan positif, il existe une multitude de technologies innovantes et intéressantes qui sont en phase de recherche & développement; Elles sont trop nombreuses pour être inclues dans cette section. La plupart de ces innovations sont, toutefois, toujours trop onéreuses, trop complexes du point de vue technique et/ou induisent une surexploitation des ressources dans une application généralisée, ou n’ont pas encore fait leurs preuves à des échelles significatives dans les pays en développement. Pourtant, plusieurs technologies récemment développées ont dépassé la phase expérimentale, et sont en cours d’application dans des contextes de pays en développement, et à des échelles indiquant que des diffusions durables sont envisageables. Sont listées, ci-dessous, certaines technologies émergentes parmi les plus prometteuses, qui ont déjà été confirmées sur le terrain, sous des conditions opérationnelles variables et des compositions de déchets diversifiées.
Plusieurs innovations dans le domaine de l’assainissement portent sur les modèles d’affaires et les aspects logistiques. Une multitude d’entreprises sociales aspirent à développer des modèles d’affaires durables susceptibles de fournir des services technologiques et/ou de collecte et/ou de traitement, à de faibles coûts, destinés à des communautés non desservies, qui étaient auparavant considérées trop pauvre pour payer l’assainissement. En effet, de plus en plus d’intérêt est dédié aux clients de «la base de la pyramide», au vu de leur demande collective et leur pouvoir d’achat.
Nous aspirons à mettre à jour, dans le futur, le cours avec des technologies et des modèles d’affaires supplémentaires, dès que de nouveaux modèles confirment leurs durabilités financière et technique. Ici, nous présentons des résumés concis de quelques-unes des innovations les plus prometteuses et les plus répandues, pour lesquelles nous espérons une vulgarisation généralisée dans les années à venir:
Peepoo
Le sac Peepoo est un sac biodégradable conçu pour la collecte des excrétas, lorsqu’une permanente technologie à interface utilisateur n’est pas disponible. C’est un sac à usage unique, destiné à être tenu dans une main ou mis sur un petit support (par exemple, un petit seau ou une bouteille en PET coupée), et qui est muni de deux couches.
± Cliquez ici pour en savoir plus...
Le sac Peepoo est un sac biodégradable conçu pour la collecte des excrétas, lorsqu’une permanente technologie à interface utilisateur n’est pas disponible. C’est un sac à usage unique, destiné à être tenu dans une main ou mis sur un petit support (par exemple, un petit seau ou une bouteille en PET coupée), et qui est muni de deux couches.
La couche intérieure est pliée sur la main pour la protéger, ou sur un petit récipient. Après la défécation ou l’urination dans la couche intérieure, le sac extérieur est ficelé et fermé. La différence entre le sac Peepoo et un sac ordinaire en plastique est dans le fait que : (a) le sac intérieur est induit avec de l’urée qui désinfecte les fèces, et (b) le sac est biodégradable.
Lorsqu’ils sont pleins, les sacs doivent être transportés vers une installation de compostage avant qu’ils ne commencent à se détériorer (environ 4 semaines). Ils sont élaborés à base de bioplastique qui se décompose en eau, dioxyde de carbone et en biomasse. Par conséquent, ils n’ont pas besoin d’être retirés car ils contribuent effectivement au processus de compostage.
Les sacs peuvent être manipulés, sans risque, et restent inodores pendant au moins 24 h, donnant ainsi le temps à l’usager pour les transporter vers un point de collecte approprié. Les sacs sont légers (environ 12 grammes) et peuvent contenir jusqu’à 800 ml d’excréta. Ils n’ont pas la vocation de se substituer à une technologie pérenne (par exemple, les latrines VIP à fosse unique), mais ils sont recommandés pour être utilisés comme solution d’assainissement destinée aux personnes ne disposant d’aucune alternative dans ce sens (par exemple, des personnes en déplacement à l’intérieur, des situations d’urgence, etc.).
Ils peuvent également être utilisés par des personnes qui, pour des raisons de sécurité, ne peuvent pas accéder à l’installation d’assainissement la plus proche (par exemple, si les toilettes communes sont situées trop loin ou sont fermées la nuit). A l’image d’autres technologies d’assainissement mobiles ou à base de conteneurs, l’enjeu de cette technologie est la gestion efficace de la collecte et du compostage des sacs.
Le sac Peepoo a été largement utilisé, entre autres, au Kenya, aux Philippines, en Afrique du Sud et au Bangladesh.
Références
Peepoople. www.peepoople.com (dernier accès, Avril 2014)
Vinnerås, B., Hedenkvist, M., Nordin, A. and Wilhelmson, A. (2009). Peepoo Bag: Self-Sanitising Single Use Biodegradable Toilet. Water Science & Technology 59 (9): 1743-1749.
How to use Peepoo from Peepoople on Vimeo.
Filtre à compost
Le filtre à compost présente plusieurs variantes. Son concept est basé sur une combinaison de la filtration et de la digestion aérobie des matières solides.
± Cliquez ici pour en savoir plus...
[Digesteur à biofiltre,
Source: biofilcom.org]Contrairement à une fosse septique (S.9), où les solides se déposent au fond et se dégradent dans des conditions anaérobies, les solides sont séparés des liquides par un milieu poreux (lit de filtration ou sac) dans un filtre de compost.
Ils restent sur/dans le filtre et sont alors décomposés par les organismes aérobies qui survivent dans la matrice organique. Le maintien d'un faible volume d'eau dans les solides collectés est essentiel au bon focntionnement du filtre de compost. De ce fait, le filtre est capable de maintenir des conditions aérobies sans être saturé.
Cela peut être assuré en lui ajoutant régulièrement des couches de paille ou des copeaux de bois. Différentes variantes de conception existent. Il existe des filtres permanents faites, par exemple, du béton, ou des sacs de filtres amovibles qui peuvent être utilisés pour soutenir le matériau filtrant organique. En outre, la conception détermine la fréquence de curage des solides accumulés et traités par la suite, ainsi que la durée du déroulement du sans le remplacement du filtre.
Une conception à double chambre fonctionne sur le principe d'alternance (comme avec chambres de déshydratation pour les matières fécales, S.7, ou la double fosse avec chasse d’eau, art.6); chaque compartiement peut être utilisé pendant un an, et le contenu est ensuite laissé au repos et se décomposer tandis que l'autre compartiement est en fonction. Il y a aussi des conception qui prévoit un fonctionnement continue avec seulement une chambre (par exemple, digesteur à biofiltre, voir les références).
Essentielle à la conception de filtre de compost est le traitement secondaire de l'effluent, par exemple, dans un marais artificiel (T.7-T.9) et/ou bassins de lagunage (T.5). Selon l'utilisation finale prévue, les solides compostés peuvent également nécessiter un traitement ultérieur.
Références
Biofil (n.d.). The Biofil Toilet System. The Toilet Facility that Makes Good Sanitation Sense.
Biofilcom. www.biofilcom.org (Dernier accès: Avril 2014)
Gajurel, D. R., Li, Z. and Otterpohl, R. (2003). Investigation of the Effectiveness of Source Control Sanitation Concepts Including Pre-Treatment with Rottebehaelter. Water Science & Technology 48 (1): 111-118.
Hoffmann, H., Rüd, S. and Schöpe, A. (2009). Blackwater and Greywater Reuse System Chorrillos, Lima, Peru – Case Study of Sustainable Sanitation Projects. Sustainable Sanita- tion Alliance (SuSanA), Eschborn, DE. Available at: www.susana.org/library
Granulateur de boues DePaLa
Le granulateur pour la Déshydratation & la Pasteurisation des Latrines (DePaLa) est une technologie de séchage et de pasteurisation des boues, capable de produire un amendement de sol granulé et sec, à partir des boues des latrines à fosses.
± Cliquer ici pour en savoir plus…
[Granulateur pour la Déshydratation & la Pasteurisation des Latrines]Il peut être alimenté à un débit d’environ 1000 Kg/h de boues (avec une teneur de matières solides entre 30 et 35%), avec un débit à la sortie d’environ 300 Kg/h de granulés séchés (avec une teneur de matières solides entre 60 et 65%). Les ordures qui finissent dans les fosses (sacs en plastiques, chaussures, etc.) sont isolés des boues par compacteur à vis : la vis pousse la boue à travers des trous de 6 mm sur une courroie d’acier, continue et poreuse, au moment où les matériaux des déchets sont éjectés via une sortie séparée, pour qu’ils soient collectés et éliminés.
Les boues extrudées chutent dans une matrice ouverte de fils, sous une forme ressemblant à des spaghettis, en une couche dont l’épaisseur varie entre 25 et 40 mm, sur la courroie poreuse et passent d’abord par une section de pré-séchage qui utilise la chaleur résiduelle issue du moteur à combustion interne de la centrale électrique.
Ensuite, les boulettes de boues partiellement séchées traversent la « sécheuse Parseps », qui est un dispositif breveté utilisant des radiations infrarouges à ondes moyennes. Les granulés sont ainsi pasteurisés et séchés via l’utilisation d’une hotte aspirante qui aspire l’air chaud à travers la courroie poreuse et la matrice ouverte de boues. Ceci amplifie la capacité de séchage sans augmenter la production d’énergie. Les granulés qui émergent ne contiennent pas d’agents pathogènes, et sont adaptés à toutes les cultures comestibles. La totalité du processus dure 16 minutes.
Un inconvénient notoire du processus DePaLa réside dans le fait qu’il est à forte consommation énergétique et dépend d’une source constante d’énergie (électricité/diesel).
La municipalité d’Ethekwini, à Durban, en Afrique du Sud, a exploité, en mode exploratoire, le procédé DePaLa pendant environ 2 années. Les enseignements tirés des essais, liés avec le programme de vidange des fosses VIP, stipulent que la municipalité serait en mesure de traiter approximativement 2000 T de boues issues des fosses VIP, par an, en utilisant une seule station.
Le produit possède une marque déposée (GrowEthek), et une fois le produit homologué comme engrais pauvre en nutriments, il sera mis en emballage et commercialisé. En se basant sur le prix de vente de GrowEthek, le DePaLa génère environ 27 $/h, ce qui peut compenser les coûts d’exploitation. Le DePaLa a été conçu par Particle Separation Systems (PSS), qui vend l’équipement ou le livre à titre locatif. La configuration de location implique des frais de mise en place et un contrat de maintenance. Si l’équipement est acheté en pleine propriété, il n’y a pas de frais de mise en place mais le contrat de maintenance doit être établi.
Références
Harrison, J. and Wilson, D. (2012). Towards Sustainable Pit Latrine Management through LaDePa. Sustainable Sanitation Practice 13: 25-32. Available at: www.ecosan.at/ssp
Particle Separation Systems. www.parsep.co.za (Dernière consultation: Avril 2014))
Wilson, D. and Harrison, J. Personal communication (Février 2014)
Production du struvite à partir de l’urine
L’urine contient la plupart des excès de nutriments excrétés par l’organisme. L’azote et le phosphore sont deux éléments essentiels pour la croissance des plantes, et ils sont présents dans l’urine avec des quantités importantes.
± Cliquez ici pour en savoir plus...
[Schéma d'un réacteur de struvite avec un mécanisme d'agitation et un sac filtrant]Les concentrations varient considérablement, mais des valeurs autour de 250 mg/L (pour le PO4-P) et de 2500 mg/L (pour le NH4-N) ne sont pas considérées excentriques. Dans le but de tirer profit des nutriments, y compris le potassium, le soufre, etc., l’urine stockée peut être directement appliquée sur les cultures et les champs (voir D.2), ou transformée en un engrais solide appelé struvite (NH4MgPO4-6H2O).
Le struvite est produit en ajoutant une source de magnésium soluble (chlorure de magnésium, saumure ou cendres de bois) à l’urine. Le magnésium se lie avec le phosphore et l’azote, et se précipite sous une forme cristalline blanche. Les cristaux de struvite doivent être filtrés de la solution, séchés, puis transformés en une forme exploitable.
Il est actuellement produit à Durban, en Afrique du Sud, à partir de 1000 litres d’urine par jour, et qui est collectée des toilettes sèches avec séparation d’urine, au niveau des ménages. Lorsqu’il n’y a pas de demande pour les nutriments dérivés d’urine (par exemple, dans les zones urbaines denses), le struvite représente une alternative pratique pour la production de nutriments compacts, qui peuvent être facilement stockés, transportés et utilisés quand et où ils sont demandés.
Cependant, le procédé présente un inconvénient qui réside dans le fait que la production de struvite produit l’équivalent d’un volume d’effluent, avec un pH élevé et une grande concentration en ammonium, qui nécessite un traitement ultérieur. En plus, d’autres éléments importants, tels que le potassium, restent présents dans la solution.
Pourtant, la production du struvite est simple, elle est peu exigeante en dehors d’un réservoir pour le mélange et d’un filtre, elle a fait ses preuves en plusieurs pays et dans une multitude de contextes. Elle est efficace, comme première étape dans une stratégie de récupération de nutriments, mais elle ne devrait pas être implémentée sans une stratégie de traitement des effluents émanant du processus.
Parmi les exemples de gestion efficace des effluents, on trouve les systèmes d’irrigation au goutte à goutte, qui distribuent le liquide directement sur les racines des cultures, bien que cette distribution soit limitée par tête et par la surface disponible, ainsi que la nitrification de l’urine (qui est toujours en phase de développement).
Références
Etter, B., Tilley, E., Khadka, R. and Udert, K. M. (2011). Low-Cost Struvite Production Using Source-Separated Urine in Nepal. Water Research 45 (2): 852-862.
Grau, M. G. P., Rhoton, S. L., Brouckaert, C. J. and Buckley, C. A. (2013). Development of a Fully Automated Struvite Reactor to Recover Phosphorus from Source Separated Urine Collected at Urine Diversion Toilets in eThekwini. WEF/IWA International Conference on Nutrient Removal and Recovery 2013, 28-31 July, Vancouver, CA. Available at: www.eawag.ch/vuna
Ostara Nutrient Recovery Technologies Inc. www.ostara.com (Dernier accès: Avril 2014)
www.eawag.ch/stun (Dernier accès: Avril 2014): Nutrient Valorization from Urine in Nepal (STUN)
The Struvite Poster (Eawag). Download PDF ›››